Oracle In-memory Undo运作原理

Oracle In-memory Undo运作原理

8 2nd, 2010 | Posted by jacky | Filed under 大话技术

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Oracle中undo的作用主要有两个：第一是回滚事务，第二是产生一致性读。同时也衍生出了一些新的 功能，比如Flashback query。传统的undo是通过undo segment来管理的，我们看下面的示例：

事务开始，必须首先在data block中分配ITL，ITL中记录了事务ID(XID)，XID由三部分内容组成：XIDUSN(回滚段号)，XIDSLOT(回滚段槽 号)，XIDSQN(序列号)，在Undo segment header中有一个事务表，记录该回滚段上的事务信息，每个事务都会占据了一个回滚槽，XID对应一个UBA(undo block address)，表示该事务回滚信息的开始位置。 在上面的例子中，事务分别在T1,T2,T3时间执行了三个操作，更新了三个block中的数据，在每个data block中都存在一个ITL，指向undo segment header中的事务表。undo信息分别存放在三个undo block中，undo信息是一个链表结构，而undo segment header中的uba则指向了最后一个undo block，这也是回滚的起始位置。如果事务需要回滚，只需要在undo segment header中的事务表中找到事务回滚的起始位置，然后通过undo链表，就可以依次回滚整个事务。

细心的DBA一定会发现，在每个data block的ITL中也有一个UBA，实际上这个UBA是指向了该block对应的undo信息的起始位置，这个UBA主要的作用是提供一致性读，因为一 致性读需要通过undo信息来构造一个CR block，通过这个UBA就可以直接定位到block的回滚信息的起始位置，而不再需要通过undo segment header中的事务表。

在传统的undo管理模式中，Oracle对于undo和data block是一视同仁的，他们都需要首先读入到data buffer中进行修改，并都会产生redo信息，修改的过程大致是：产生undo的redo，更改undo block，产生data的redo，修改data block。总之redo必须要先于数据被记录下来。当数据库发生crash，可以通过redo日志，恢复data和undo block，然后再通过undo信息去回滚未提交的事务，保证数据的一致性，所以说instance recovery的过程是先前滚，再回滚的过程。

传统的undo管理有弊端，第一是undo信息如果不在data buffer中，必须首先从外部文件中读入；第二是undo的所有变化也必须同时记录redo，在事务提交时被写入到redo log中。Oracle提出了In-Memory UNDO的新特性，将undo信息都存放在内存结构中，缓解传统undo管理中带来的开销。

IMU在shared pool中分配一片内存空间（IMU pool），每个新的事务都会分配一个IMU buffer，它相当于一片事物私有的undo buffer，用来记录undo的信息。Data block中记录了IMU node的起始位置，通过IMU buffer中的信息就可以完成一致读，从而大大提升了效率。（这里要澄清一点，我在dump data block时，并没有发现指向IMU node的具体信息）。

在IMU模式下，undo信息依然会被写入到redo中，理解这点很重要！因为Instance recovery需要undo的信息去回滚未提交的事物，使数据库处于一致状态，如果redo中没有undo变化的信息，那么一旦发生Instance crash，数据库将有可能处于一个不一致的状态。

事务开始依旧会在data block中的分配ITL，并且它依然会指向undo segment header的事物表，但是undo block中的信息并不需要马上写入，这时undo信息是记录在IMU Buffer中的，这时也不会产生undo block的redo信息。在以下两种情况时，undo buffer中的信息会被写入到undo block中：1.IMU buffer空间不足；2.LGWR将redo信息被写入到redo log中时（比如commit），在v$sysstat中可以看到IMU flush和IMU commit，分别表示以上两种情况，如果你发现这两个值不断增加，代表系统开启了IMU特性。

现在我们已经了解到，IMU中的undo信息依旧会被写入到redo log中，只不过在shared pool中分配了一个private undo buffer，一方面可以在内存中完成一致读的操作，另一方面，undo信息只在必要情况下批量写入到redo log中，保证数据库crash后可以恢复到一致状态。另外，Oracle总是会尽可能的保留undo buffer中的信息，以便可以在内存中完成一致读的操作，而且undo信息在写入undo block时，Oracle进行了合并处理，减少了undo block的消耗量和对应的redo产生量。

从Oracle 10g开始，引入了private redo strands的概念，在shared pool中分配了一个private redo buffer的空间，每个事务产生的redo都放在这里（9i是放在PGA里面），每个buffer分配一个redo allocation latch，用来解决9i中redo allocation latch的争用问题。其实IMU和private redo strands这个特性是相关的，IMU相当于private undo buffer，当redo strand或者undo buffer空间不足时，会发生IMU flash事件，将redo信息（包括undo）写入到redo log中。

IMU实现复杂，在很多情况下Oracle会自动禁用IMU特性，比如RAC和Stream环境。

–EOF–

关于IMU的资料很少，我也是一知半解。我所获取的信息来自于FreePatents上Oracle申请的一篇专利《Method and Mechanism for Implementing In-Memory Transaction Logging Records》，以及《Oracle performance Firefighting》中关于IMU的内容，Tanel Poder的《Performance and Scalability Improvements in Oracle 10g and 11g》，以及我自己的实验和思考。

内容不一定正确，欢迎大家批评指正。

标签: IMU,ORACLE

DBA的传说东极岛

1. 

   八神

   8 3rd, 201010:43

   回复 | 引用 | #1

   实际上这个UBA是指向了该block对应的undo信息的起始位置
   这个说法容易让人混淆，
   一个记录被多次更新，UNDO信息是以一个链表的方式记录下来的，ITL的UBA是指向的链表的最末端的，别的会话查询时，是从最末端向前一直追溯上来的
2. 

   jacky

   8 3rd, 201011:03

   回复 | 引用 | #2

   @八神
   data block中的ITL中的UBA与undo segment header事务表中的UBA的指向是不同的，前者是指向这个block变化的最末尾，用于产生一致读，而后者是指向这个事务的最末尾（事务回滚的开头），用于事务回滚。
3. 

   jacky

   8 5th, 201011:17

   回复 | 引用 | #3

   看看这篇吧，http://dbsnake.com/2010/08/itl-ktuxe-uba-diff.html
   我的第一个图就是想表达这个意思，可能我说的不是很清楚。
4. 

   胡子亮

   8 11th, 201021:53

   回复 | 引用 | #4

   看得不是太懂，但是真在努力关注
5. 

   小荷

   1 26th, 201223:40

   回复 | 引用 | #5

   修改的过程大致是：产生undo的redo，更改undo block，产生data的redo，修改data block。——这个说法好像有点出入，最近在读Jonathan Lewis的oracle core，应该是这样的顺序：
   （1.1） 创建redo向量，用来描述如何在undo block中插入一条undo记录
   （1.2） 创建另一个redo向量，用来描述data block的变化
   （1.3） 将上述2个向量合并成一个redo记录，写入到log buffer中
   （1.4） 开始在undo block中插入undo记录
   （1.5） 开始在data block中执行需要的变化。

   是等合并之后，写入log buffer了，在修改undo block和data block。

 

           来自http://www.hellodb.net/2010/08/oracle-in-memory-undo.html